必懂知识——HashMap的实现原理

HashMap的底层数据结构

• 1.7以前是：数组+链表
  数组的元素是Map.Entiry对象
  当出现哈希碰撞的时候，使用链表解决，
  先计算出key对应的数组的下标，这个数组的这个位置上为空，直接放入，
  若是不为空并且出现哈希碰撞，就把元素添加到链表的头部的，
  new Entry(key,value,table[i]);这样这个Entry就是链表的头部了，而后放到数组的index位置上。

• 1.8是：数组+链表+红黑树
  数组的元素是Map.Node对象继承Map.Entry包含属性有：
  当前node对象的hash值，
  当前node对象的key,
  当前node对象的下一个节点对象next,
  当前node对象的value

• 1.8为何使用数组+链表+红黑树？
  由于若是一个hashmap在同一个数组位置上出现hash碰撞过多，那么这个链表的长度会很长，
  插入块，可是查询由于使用的遍历因此会比较慢。

HashMap的大体结构

HashMap的关键属性有哪些？

• 数组的默认大小16
• 数组的最大为2的30次方
• 扩容因子0.75
• threshold
• 当前数组的大小

初始大小或者扩容的数组大小为何必定是2的次幂？

由于计算key的下标的时候使用的是：key的hashcode值 &(按位与) 数组的长度-1 ,
固定为2的次幂能保证碰撞概率小。

怎么经过key计算获得数组的下标的？

key的hashcode值 & 数组的长度-1 ；
& (与运算)

hashMap的大小是怎么计算的？

• 有一个全局变量size，每次put的时候++，remove的时候--；

HashMap中Put方法的工做原理

• 获取key的hashCode()值，经过位运算获得数组的下标。
• 若是该位置上为空直接放入该数组的下标位置。
• 若是不为空出现了碰撞，去遍历链表或者树，利用key的equal()方法是否存在相同的节点，若是相同就覆盖，不相同就放到链表的尾部。
• 若是碰撞致使链表过长，长度大于等于8，就把链表转换成红黑树；
• 若是数组的容量超过了总容量*负载因子的值，就要resize。

HashMap中Get方法的工做原理

bucket里的第一个节点，直接命中；
若是有冲突，则经过key.equals(k)去查找对应的entry
若为树，则在树中经过key.equals(k)查找，O(logn)；
若为链表，则在链表中经过key.equals(k)查找，O(n)。

什么是哈希冲突？

哈希表在新增元素的时候首先会根据hash函数算出这个元素存放的数组的位置，
可是，有可能存在不一样的key值获得相同的数组位置(两个元素的HashCode值相同)，这个时候就是哈希冲突。

HashMap怎么处理哈希冲突（哈希碰撞的）

动态数组+链表（单向）的方式。

若是某个位置上的链表很长，会影响检索，JDK1.8引入了当链表的长度大于8的时候会将链表动态替换为一个红黑树，增长了搜索性能。
等于说由：数组+链表

变成了数组+链表+红黑树

HashMap中的数组何时扩容（rehash）

当HashMapde的长度超出了负载因子与当前容量的乘积（默认16*0.75=12）时，
经过调用resize方法从新建立一个原来HashMap大小的2倍的newTable数组，
并将原先table的元素所有移到newTable里面，从新计算hash，而后再从新根据hash分配位置，，最大扩容为2的30次方+1。
负载因子默认是：0.75

你了解从新调整HashMap大小存在什么问题吗

多线程环境下，有可能多个线程同时进行resize，在这过程当中，可能产生死锁或者死循环。
具体缘由不清楚。

多线程下的HashMap

HashMap是线程不安全的,因此在多线程的环境中咱们须要寻找替代方案：

• 使用Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));实现同步
• 使用java.util.HashTable，效率最低（由于全部的方法都是同步的，几乎被淘汰了）
• 使用java.util.concurrent.ConcurrentHashMap，相对安全，效率高（建议使用）

Fail-Fast 机制

Fail-fast 机制是 java 集合(Collection)中的一种错误机制，
java.util.HashMap 不是线程安全的，若是在使用迭代器的过程当中有其余线程修改了 map，
那么将抛出 ConcurrentModificationException，这就是所谓 fail-fast 策略
这一策略在源码中的实现是经过 modCount 也就是修改次数实现的。

与之关联的面试题：
遇到过ConcurrentModficationException（并发修改异常）异常吗？为何会出现？如何解决？

HashMap和Hashtable的区别

• 主要区别：Hashtable是线程安全，而HashMap则非线程安全。
• HashMap可使用null做为key，而Hashtable则不容许null做为key
• HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的
  就是当有其它线程改变了HashMap的结构（增长或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException
• 因为Hashtable是线程安全的也是synchronized，因此在单线程环境下它比HashMap要慢

资源

小灰灰的讲解

一文搞定HashMap的实现原理和面试

HashMap工做原理及实现